PLC自动化控制在冶金加热炉节能降耗中的应用.pdf
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1、中国科技期刊数据库 工业 A 107 PLC 自动化控制在冶金加热炉节能降耗中的应用 袁少林 郑 凯 本钢集团公司特殊钢事业部,辽宁 本溪 117000 摘要:摘要:在各种耗能型工业中,冶金工业是比较典型的一种,此产业会消耗大量能量,在全国的总消耗中,渣比一般达 10%左右。其成本占比也相对较高,比如能耗费用成本在钢铁总成本中,约占 18-35%。只有节能降耗措施应用的好,企业才能取得显著的经济效益。因此,设计一套完善可行的加热炉控制系统有着其巨大的经济价值及环保意义。所以,在企业提升自身经济效益时,节能降耗属于重要方法,也是一个重要途径,尤其在提升自身竞争力时,也是必不可少的重要手段。只有节
2、能措施应用的好,企业才能降低成本,取得较高的经济效益 关键词:关键词:工业自动化;PLC;位移传感器;编码器 中图分类号:中图分类号:TP273 0 引言 冶金工业是高耗能型工业,其耗能量占据我国总体能耗的 10%左右。在钢铁总成本之中,能耗费用的成本约占 18-35%。当前,能源价格一直呈上升趋势。这将给耗能型的钢铁冶金企业,带来巨大的市场竞争成本压力。所以,对于节能降耗来说,在企业的发展中,是提高自身效益的必要措施,同时对提升竞争力也具有重要意义。只有全面重视应用各类节能措施,企业才能降低成本,取得较高的经济效益。而在众多的节能降耗措施方法中,广泛应用工业自动化技术,已经成为了必不可少的手
3、段。工业自动化技术,属于综合性技术,主要对仪器仪表、控制理论、计算机技术等技术进行应用,在实际的生产加工中,有效实现生产全程的优化、控制、检测、管理以及调度和决策等,最后让质量及产量双重提高,其中主要涵盖自动化软件、硬件、系统等部分。在现如今的制造领域中,工业自动化技术属于重要的一种,在企业实际生产中,此技术可有效减少原材料、能源的消耗,并将生产效率等问题有效解决。结合相关文献统计可发现,投入自动化系统与提升企业效益方面的提升产出比,一般在 1:41:6 之间。而 PLC 控制系统就是工业自动化技术的具体实现及应用。特钢事业部两座大棒加热炉于 2006 年 11 月日竣工投产,投产 至今已经使
4、用 13 年。分析两座加热炉,主要利用单(双)排装料,单座的加热能力,主要为120t/h,是一种步进梁式加热炉,实际进行加热时,是用于型钢钢坯、其它钢种加热。此步进梁式加热炉,应用的燃烧技术比较先进,是高温空气蓄热式技术,其组成部分复杂,比如供热系统、耐火材料、不同介质管道,也有冷却水和汽化冷却系统、钢结构、排烟系统、装出料炉门、炉底机械、液压系统、润滑系统等组成。各机构的动作均由电控仪控两套西门子S7-400可编程序控制器控制。而煤气(焦炉煤气与高炉煤气)作为加热炉耗能第一定额,节能也当之无愧成为第一重点。1 可编程控制器(PLC)的主要特点 对于可编程序控制器(PLC)来说,其具体是基于计
5、算机微处理器,综合计算机应用、通讯技术、自动控制技术,逐渐发展所形成的通用控制器。PLC 的组成虽然比较复杂,但实际对其进行应用时,并不用事先对微处理器内部结构进行了解。PLC 在最初,只是用于替代继电器接触器控制系统,随着在电气控制系统领域中发光发热,自身的优越性也逐渐凸显出来,凭借超强的自诊断功能、抗干扰能力等,让系统的可靠性得到显著提高,以往普通继电器、接触器的常见故障问题,已将基本得到有效解决,通过科学调试后,能够实现长时间可靠、安全地运行。同时,它还具备体积小、重量轻、实用性普遍、抗干扰能力强、维护与改造方便等以下诸多特点1。可靠性高。由于采取了一系列的保证 PLC 高可靠性的措施,
6、PLC 无故障时间,平均值一般为 3000050000h。在环境适应方面,PLC 的能力较强,尤其在工业环境下,能够更加安全可靠的进行工作。为了对 PLC的可靠性进行保证,具体干工作中,首先必须保证综合设计良好,重点对可靠性进行考虑。其次在元器件的选中国科技期刊数据库 工业 A 108 用中,要保证其优越性。重视隔离、滤波和屏蔽抗干扰技术的应用。最后,借助可靠的电源技术,广泛应用实时监控、故障诊断技术。编程简单。在 PLC 的编程语言中,梯形图语言比较常见。梯形图的原理,和继电器之间比较类似,对于这种编程语言来说,具有形象直观的特点,而且掌握起来比较容易,无需计算知识支持,就可以让技术人员快速
7、掌握。如果改变了生产流程,此时可可现场改变程序,使其更加灵活和便捷。在一些大型 PLC 中,其中还存在高级编程语言,这样在不同人需求,以及不同控制对象需求,都可得到有效满足。通用性强。不同的 PLC 生产厂家,其自身都有不同系列化产品供用户选择。用户可以结合控制对象规模、控制要求,将对应的 PLC 产品选择出来,然后把控制系统有效组成。实际设计应用期间,并不用制作任何附加装置,这样能让设计更加简化。体积小、结构紧凑,安装、维护方便。PLC 可编程控制器,有自诊断功能,也有故障报警、种类显示功能,维修人员检查比较方便,通过模块插件的更换,把故障快速排除。PLC 与被控制对象的硬件连接方式简单,维
8、护起来比较方便。因此,可编程序控制器(PLC)广泛的应用在钢铁、石化、电力、建材等各行各业的自动化控制领域当中。2 PLC 自动化控制在我厂大棒加热炉节能降耗中的应用 随着我国钢铁企业竞争形势的严峻性,节能降耗成为各厂矿必须重视的一个环节,我事业部大棒加热炉原本设计的 PLC 控制,在细节方面已经无法更好的满足加热炉不断变化的生产节奏以及节能降耗的要求。这就需要对于加热炉原 PLC 程序控制进行更为具体的优化改进来满足生产节奏快与更加节能环保的需求。加热炉生产过程主要是个燃烧与热交换的物理化学过程,从整个轧制生产线来看,加热炉是局部环节,其主要任务是加热钢坯,单位最短时间内使钢坯在出炉时达到轧
9、制所需要的温度分布。保证使用最低的煤气消耗加热钢坯以及最短装出钢时间与最少的炉温损失成为降本节能的关键。我厂大棒加热炉基础的电气自动化控制系统的功能要求包括:各电气信号采集及处理,坯料在装料辊道上的测长,坯料在装料辊道上的称重、定位控制,装钢机位置、推钢行程控制,装钢炉门、步进炉步进梁控制,出钢机前进、后退行程设定及位置控制,出钢炉门、推钢炉推钢机控制,板坯在辊道和炉内的位置跟踪等。而装出钢机与装出料炉门的工作时间直接影响到炉内高温氛围的损失及出钢的速度。2.1 加热炉原装出钢工艺设计 加热炉加热钢坯工艺如下图 1 所示,钢坯从上料台架进入装钢辊道,同时装料炉门选择相应的炉门开启高度,钢坯从装
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